Mesures électriques I Mesure de tensions

Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 E. VAN BRACKEL
TP de Physique-Chimie
TP - EC
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Mesures électriques
c) Influence de l’impédance d’entrée
Point sécurité
Tous les branchements doivent être effectués alors que l’alimentation est éteinte (montage
comme démontage).
Objectifs :
Le voltmètre est équivalent à une résistance relativement grande, que l’on notera Rv .
C’est à vous !
• Proposer une méthode très simple de mesure de cette résistance interne.
• Proposer un protocole basé sur le pont diviseur de tension permettant la
mesure de la tension. On aura à disposition des résistances de 1 Ω, 1 kΩ et
10 MΩ. (Appel professeur 1). Le réaliser et comparer à la valeur précédente.
• Savoir mesurer des grandeurs usuelles en électricité
• Connaître l’influence perturbatrice des instruments de mesure
I
Mesure de tensions
Nous allons voir (ou revoir) le fonctionnement d’un voltmètre pour les mesures de tensions
auxquelles nous serons confrontés, ainsi que ses limitations.
1)
1. Refaire le premier schéma en remplaçant le voltmètre par son modèle équivalent.
Tensions continues
2. L’introduction du voltmètre dans le circuit modifie-t-elle la valeur de la tension à
mesurer ? Etablir une condition sur Rv par rapport à R1 et R2
a) Mesure
Avant d’effectuer une mesure électrique, vérifions
les bases :
2)
1. Après avoir reproduit le schéma ci-contre, placer le voltmètre en précisant les bornes.
Tensions alternatives
a) Mesure
Nous allons mesurer la tension d’un signal sinusoïdal, généré par un GBF, à l’aide du
voltmètre possédant deux calibres , soit AC, soit DC :
2. Sur quelle fonction doit-il être réglé ? Après
avoir estimé la tension attendue, préciser le
calibre à utiliser.
• en mode AC, il mesure une amplitude alternative "moyenne", appelée encore tension
efficace ou RMS (root-mean square), s
calculée ainsi :
Z τ +T
v2 (t)dt
VRMS =
C’est à vous !
Réaliser le circuit électrique et noter la valeur. Mesurer également la tension aux
bornes de R1 et vérifier les relations du pont diviseur.
τ
où τ est un temps quelconque et T la période du signal périodique. Pour un signal
Vpp
sinusoïdal, on peut relier VRMS à l’amplitude "peak-to-peak" Vpp par VRMS = √ .
2
• en mode DC, il mesure la tension correspondant à la partie continue du signal Vm ,
conformément au schéma ci-dessous.
b) Incertitudes liées à l’appareil
On constate en pratique que la valeur lue fluctue un peu dans le temps. Quel crédit apporter aux derniers chiffres de la valeur lue ? L’appareil n’étant pas parfait, à l’instar d’une
règle graduée, il faut considérer des incertitudes. Il s’agit ici d’incertitudes de type B, soit
des incertitudes statistiques : le constructeur estime l’erreur sur la valeur lue de façon
statistique et l’indique dans sa notice.
C’est à vous !
En vous servant de la notice, selon le calibre choisi, estimer l’incertitude sur la
valeur précédemment mesurée de U2 .
1
TP - EC 2. MESURES ÉLECTRIQUES
C’est à vous !
• A l’aide de l’oscilloscope, régler le GBF de sorte à produire un signal de
fréquence ν = 400 Hz, d’amplitude Vpp = 1 V, et de moyenne Vm = 2 V.
• Mesurer ensuite à l’aide du voltmètre la tension en sortie du GBF, en choisissant l’option AC, puis l’option DC. Comparer aux valeurs attendues.
2)
Perturbation de l’appareil de mesure
1. On peut modéliser l’ampèremètre comme une résistance de très petite valeur RA . La
déterminer expérimentalement.
2. En remplaçant l’ampèremètre par son modèle équivalent, quelle est la condition sur
RA par rapport à R1 et R2 telle que l’introduction de l’appareil de mesure fausse la
mesure ?
b) Bande-passante de l’appareil
C’est à vous !
Reprenez la mesure de la tension efficace, et augmenter la fréquence. A quelle
fréquence la valeur lue sur le voltmètre varie significativement par rapport à la
mesure en basses fréquences ?
III
Mesure de résistances
Vous venez de mettre en évidence une limitation de l’appareil : il ne mesure plus correcte1) Mesure
ment les tensions si la fréquence est plus élevée que sa bande-passante autorisée, c’est-à-dire
Question : au vu des deux méthodes employées pour mesurer la résistance du voltmètre,
la gamme de fréquence où la réponse est conforme à ce que l’appareil doit mesurer.
en déduire comment, de manière générale, on peut mesurer une résistance inconnue.
II
Mesure de courants
1)
2)
Mesure directe
Perturbations
Question : A votre avis, quelle sera l’influence des fils reliant le composant à votre ohmmètre, selon que l’on mesure une résistance très petite ou très grande ?
C’est à vous !
Sur le montage en début du TP, alimentation éteinte, placer l’ampèremètre dans
le circuit de telle sorte à pouvoir mesurer I. Régler la fonction du multimètre
ainsi que le calibre (quelle est la valeur de I attendue ?). (Appel professeur 1)
Effectuer la mesure. Est-ce cohérent avec la prévision théorique ?
A faire pour la semaine prochaine
Rédiger une fiche méthode résumant les méthodes de mesures vues dans ce TP
ainsi que les limitations associées.
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E. VAN BRACKEL